精选最新-人教版必修二-6.5-宇宙航行(共82张PPT)

人造卫星、宇宙飞船第五节宇宙航行我国发射的人造卫星类型想一想:卫星是怎样发射上去的呢？V0以平抛运动为模型的推理过程牛顿人造卫星原理图一、人造卫星究竟怎样才能发射一颗卫星呢？牛顿的猜想牛顿的手稿牛顿的手稿方法一：万有引力提供物体作圆周运动的向心力RmvRGMm22skmsmvRGM/9.7/62411104.61089.51067.6方法二：在地面附近，重力提供物体作圆周运动的向心力skmsmgRv/9.7/104.68.96问题一：以多大的速度抛出这个物体，它才会绕地球表面运动，不会落下来？(已知Ｇ=6.67×10-11Nm2/kg2,地球质量M=5.89×1024kg,地球半径R=6400km)（若已知地球表面重力加速度g=9.8m/s2，R=6400km）学科网rR设地球和卫星的质量分别为M和m,卫星到地心的距离为r,求卫星运动的线速度v?由F引=F向得到MmvGmrr22GMvrF引Mm当r=R时即近地卫星,由可得v=7.9km/sRGMv在地球上抛出的物体，当它的速度足够大时，物体就永远不会落到地面上，它将围绕地球旋转，成为一颗人造地球卫星简称由此可见，人造地球卫星运行遵循的规律是：卫星绕地球做圆周运动，地球对卫星的引力就是向心力。人造卫星。（一）人造卫星zxxk学.科.网想一想:卫星运动快慢跟什么有关呢?（二）卫星的绕行速度、角速度、周期和轨道半径的关系1、线速度随轨道半径的关系：rmV2r2GMmrGMV可见：卫星绕行轨道半径越大，绕行速度越小。2、角速度随轨道半径的关系：mω2rr2GMmr3GMω可见：卫星绕行的角速度随轨道半径增大而减小。3、周期随轨道半径的关系：T2mr2GMm4π2rGMT4π2r3可见：卫星绕行的周期随轨道半径增大而增大。由⑴、⑵、⑶式可以看出卫星的线速度随高度增大而减小，角速度随高度增大而减小，周期随高度增大而增大。在周期、角速度、线速度和轨道半径四个物理量中，一个量发生变化时，另外三个量一定同时变化。rGMVr3GMωGMT4π2r3各种各样的卫星……F赤道平面北南东西F思考：卫星的轨道人造地球卫星的运行轨道卫星绕地球做匀速圆周运动时，是地球的引力提供向心力，卫星受到地球的引力方向指向地心，而做圆周运动的向心力方向始终指向圆心，所以卫星圆周运动的圆心和地球的地心重合。这样就存在三类人造地球卫星轨道：①赤道轨道，卫星轨道在赤道平面，卫星始终处于赤道上方；②极地轨道，卫星轨道平面与赤道平面垂直，卫星通过两极上空；③一般轨道，卫星轨道和赤道成一定角度。地球二、人造卫星1.轨道中心地心2.________提供向心力万有引力3.r越大，T_____，V_____，ω_____，an_______越大越小越小越小zxxk对于靠近地面的卫星，可以认为此时的r近似等于地球半径R，把r用地球半径R代入，可以求出skmsmvRGM/9.7/624111037.61098.51067.61这就是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动所必须具有的速度，叫做第一宇宙速度。二.宇宙速度１.第一宇宙速度（环绕速度）学科网第一宇宙速度的另一表达式根据地球表面（忽略自转）物体的重力近似于对物体的万有引力可得:skmsmgRv/9.7/104.68.96对第一宇宙速度的理解:gRvRGM11.上式对其它天体也适用，R为天体半径,M为天体质量,g为天体表面的重力加度,G为引力常量.2.v1为发射卫星的最小发射速度,又是卫星进入轨道后最大线速度(也叫运行速度).？人造卫星的发射速度与运行速度1、发射速度是指被发射物在地面附近离开发射装置时的速度,并且一旦发射就再也没有补充能量,被发射物仅依靠自身的初动能克服地球引力做功上升一定高度,进入运行轨道.因卫星上升过程中要克服引力和空气阻力(在大气层中时)做功消耗动能,所以卫星越高,发射速度越大。2、运行速度是指卫星在进入轨道后绕地球做匀速圆周运动的线速度,根据可知,卫星越高轨道半径越大,卫星运行速度(环绕速度)就越小,近地卫星可认为v发=v运,其它较高卫星的v发＞v运.rGMvrV发V运故:牢记：第一宇宙速度v1=7.9km/s是近地卫星的发射速度和运行速度,是人造卫星的最小发射速度最大运行速度.向高轨道发射卫星与发射近地卫星相比哪个难度大？哪个需要的发射速度大？为什么？高轨道卫星与近地卫星相比哪个运行速度大？为什么？22MmvGmrrGMvr注意：人造卫星的发射速度与运行速度是两个不同的概念运行速度指卫星在稳定的轨道上绕地球转动的线速度发射速度指被发射物体离开地面时的速度V运行V1=7.9km/s（第一宇宙速度）最小发射速度最大运行速度人造卫星的r大,需要的v发射大；而v运行却小V发射如果人造地球卫星进入地面附近的轨道速度大于7.9km/s，而小于11.2km/s，它绕地球运动的轨迹是椭圆。当物体的速度大于或等于11.2km/s时，卫星就会脱离地球的引力，不再绕地球运行。我们把这个速度叫第二宇宙速度。达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力。2.第二宇宙速度（脱离速度）卫星挣脱地球束缚的最小发射速度达到第二宇宙速度的物体还受到太阳的引力如果物体的速度等于或大于16.7km/s，物体就摆脱了太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去。我们把这个速度叫第三宇宙速度。3.第三宇宙速度（逃逸速度）卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度三个宇宙速度V=16.7km/s对地球(1)v1=7.9km/s是人造卫星的最小发射速度和最大环绕速度。若7.9km/sv11.2km/s卫星绕地球做椭圆运动。2、第二宇宙速度(逃逸速度):v2=11.2km/s是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度3、第三宇宙速度(逃逸速度):v3=16.7km/s是卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度知识梳理:gRvRGM11.第一宇宙速度(环绕速度)：（对任何天体都适用）二、宇宙速度归纳总结：发射速度v运动情况v﹤7.9km/sv=7.9km/s7.9km/s﹤v﹤11.2km/s11.2km/sv﹤16.7km/s16.7km/sv第二宇宙速度第一宇宙速度第三宇宙速度物体落回地面物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动物体绕地球运转，运动轨迹是椭圆。物体绕太阳运动物体飞出太阳系第5节宇宙航行地球同步卫星：相对于地面静止且与地球自转具有相同周期的卫星叫地球同步卫星，又叫通讯卫星。三、地球同步卫星（通讯卫星）特点:1、运行方向与地球自转方向一致2、角速度,周期(T=24h)与地球相同,是一个恒量.3、轨道平面与赤道平面平行4、距地面高度一定(h=3.6×107m)，环绕速度大小一定。即轨道平面一定,高度一定,运动快慢一定why？所谓地球同步卫星是指与地球自转同步,相对于地面静止的人造卫星.w1、为什么必须在赤道平面上？因为:（1）同步卫星与地球自转同步必须自西向东转；（2）万有引力提供做向心力,圆心就是地心.所以:同步卫星轨道平面必定在赤道平面上.2、为什么高度一定？O万有引力提供做向心力由:)(4)(222hRTmhRMmG得:RGMTh3224把T=86400s,M=5.98x1024kg,R=6.37x106m得h=3.58x107m地球同步卫星的特点（1）周期与地球自转周期相同（T=24h），角速度与地球自转角速度也相同（2）只能在赤道平面内绕地球转动（3）距地面高度一定2224GMmmrFFnrT2324GMTrhrR743.6103.610mkm同步卫星同步卫星发射时的轨道想一想:哪一个是同步卫星？思考：如何利用同步卫星实现全球通讯？h=3.6×107mr=4.2×107mv=3km/sT=24hh=3.8×108mr≈3.8×108mv=1km/sT=27天h≈0r=6.4×106mv=7.9km/sT=84分钟同步卫星近地卫星月球近地卫星、同步卫星、月球三者比较四、梦想成真探索宇宙的奥秘，奔向广阔而遥远的太空，是人类自古以来的梦想，现在真的“梦想成真”了人类航天始祖----万户人类航天的始祖是我国明朝的万户。在15世纪的我国明朝早期，一位名叫“万户”的官员，在一把椅子的背后装上47支火箭。当然，那是当时能买到的最大的火箭。他自己坐在椅子上，并用绳子绑紧。两手则各拿一个大风筝。然后他要仆人将47支火箭同时点燃，想借用火箭的力量把他推向空中。这是美国人罗伯特·吉姆在1945年出版的《火箭与喷射》一书中的叙述。英国、德国和前苏联的一些火箭专家，在他们的著作中也提到或引用了这件事。可见，万户是世界上公认的“第一个尝试利用火箭进行飞行的人”。为表彰他的功绩，国际天文联合会将月球上的一座环形山命名为“万户”。1957年10月，苏联发射第一颗人造地球卫星。1961年4月12日苏联空军少校加加林乘坐东方一号载人飞船进入太空，实现了人类进入太空的梦想。1969年7月20日，阿波罗11号将人类送上了月球。四、梦想成真梦想成真：谁为人类迈向太空提供科学思想19世纪中叶俄罗斯学者齐奥尔科夫斯基（喷气推进的多级火箭）第一颗人造地球卫星何时何地发射成功1957年10月4日苏联第一艘载人飞船何时何地发射成功1961年4月12日苏联加加林东方一号载人飞船人类何时登上月球1969年7月16日9时32分，美国阿波罗11号升空，19日进入月球轨道，20日下午4时17分着陆，10时56分阿姆斯特朗踏上月面对个人来说，这不过是小小的一步，但对人类而言，却是巨大飞跃人类遨游太空回顾蒂托2001年4月30日，第一位太空游客、美国人蒂托（中）快乐地进入国际空间站，开始了他为期一周的太空观光生活。太空旅游的开辟使得普通人也能够像宇航员一样畅游星际之间。1970年4月24日我国第一颗人造卫星升空我国的航天成就2007年10月24日嫦娥一号月球探测器发射成功第5节宇宙航行1992年我国载人航天工程正式启动2003年10月15日神舟五号杨利伟2005年10月12日神舟六号费俊龙聂海胜2008年9月25日神舟七号翟志刚刘伯明景海鹏4．1990年3月，紫金山天文台将该台发现的2752号小行星命名为“吴健雄星”。将其看作球形，直径为32km，它的密度和地球密度相近。若在此小行星上发射一颗卫星环绕其表面附近运转。求此卫星的环绕速度。（地球半径取6400km）解:因故又即此卫星的环绕速度为20m/s2RMmGmgGgRM2GRgVM434001640016地行地行RRgggRvsmRgRgv/20160001040012001行地行行行环故又5.已知地球的质量约为月球质量的81倍,地球半径于约为月球半径的4倍,在地球上发射近地卫星的环绕速度为7.9km/s,周期为84min,那么在月球上发射一颗近地卫星的环绕速度多大?它的周期多大?解:因2RMGg即811611681122月地地月地月RRMMgg又因故gRv92418116地月地月地卫月卫RRggvvskmskmvv/76.1/9.79292地卫月卫又因vRT2故892941月卫地卫地月地卫月卫vvRRTTmin5.94min8489月卫T对地球(1)v1=7.9km/s是人造卫星的最小发射速度和最大环绕速度。若7.9km/sv11.2km/s卫星绕地球做椭圆运动。2、第二宇宙速度(逃逸速度):v2=11.2km/s是卫星挣脱地球束缚的最小发射速度3、第三宇宙速度(逃逸速度):v3=16.7km/s是卫星挣脱太阳束缚的最小发射速度三、同步卫星（通讯卫星）小结:gRvRGM11.第一宇宙速度(环绕速度)：（对任何天体都适用）一、人造卫星二、宇宙速度五、人造卫星的超重和失重1、发射和回收阶段发射加速上升超重回收减速下降超重2、沿圆轨道正常运行只受重力a=g完全失重与重力有关的现象全部消失天平弹簧秤测重力液体压强计3．关于人造地球卫星及其中物体的超重、失重问题，下列说法正确的是（）A.在发射过程